Module de biologie cellulaire
Filières Svi et STU (Semestre 1)
Faculté des Sciences Ben M’Sik
Objectifs du module : Connaître l’organisation
ultra-structurale et moléculaire ainsi que
l’importance fonctionnelle des différentes
composantes de la cellule
Définition de la biologie
Bio = Vie
Logos = Science ou doctrine
= Etude de la vie (du vivant)
Théorie cellulaire
Observations des cellules
Cellules procaryote et eucaryote
Aperçu d’une cellule procaryote
Aperçu d’une cellule eucaryote
Différences entre cellules animales et végétales
Aperçu sur les acaryotes (Virus)
Introduction
Supports:
Chapitre 6: 97-128 Campbell & Reece (7e édition)
Chapitre 5: 79-104 Raven, Johnson, Losos & Singer (7eédition)
La théorie cellulaire
Les tissus animaux et végétaux sont constitués de cellules.
Feuille d’Elodée Frottis de cellules épithéliales buccales
Tous les organismes vivants sont constitués de cellules.
La cellule est l’unité structurale du vivant
La cellule est l’unité structurale du vivant
Tous les organismes vivants sont constitués de cellules.
Les tissus animaux et végétaux sont constitués de cellules.
Feuille d’Elodée Frottis de cellules épithéliales buccales
Dans la hiérarchie du vivant, la cellule représente le premier niveau capable de vie.
PARAMECIES Règne des Protistes
Les plus petits organismes sont formés d’une seule cellule; ce sont des unicellulaires.
EUGLENES
Règne des Protistes
La cellule est l’unité fonctionnelle du vivant
Même lorsqu’elles sont organisées en tissus et organes, les cellules demeurent les unités fondamentales de la structure et du fonctionnement des organismes.
cellules cartilagineuses cellules épithéliales
cellule nerveuse cellules adipeuses
fibres musculaires
La perpétuation de la vie repose sur la division cellulaire
Chaque cellule naît d’une cellule ...
Chaque cellule naît d’une cellule ...
Observations des cellules
Pouvoir de résolution:
microscopie optique = 0,2 μm
microscopie électronique = 0,2 nm
La taille des cellules est microscopique.
La plupart des cellules sont trop petites pour être observées à l’œil nu.
Le diamètre d’une cellule est généralement inférieur à 50 μm et le pouvoir de résolution* de l’oeil humain est de ~ 200 μm (0.2 mm).
Nos connaissances sur la structure cellulaire et sa complexité s’améliorent parallèlement au perfectionnement des techniques de microscopie.
* distance minimale qui permet de distinguer 2 points l’un
de l’autre.
Du pouce à l’atome
10x 10x
Du pouce à l’atome
Dimensions comparées des cellules
L’aspect général des cellules est visible au microscope photonique
Les structures plus grosses que 200 µm sont visibles à l’œil nu
Le détail des cellules, l’ultrastructure
cellulaire est visible au microscope électronique
Cellules procaryotes et eucaryotes
Il y a 2 catégories de cellules
Procaryote
« pro » = primitif, avant
« karyote » = noyau Ces organismes
n’ont pas de véritable noyau, leur matériel génétique est organisé sous la forme d’un nucléoïde.
ils se divisent par fission binaire (scissiparité).
sont unicellulaires,
n’ont comme organites cellulaires que les
ribosomes
Les procaryotes comprennent deux règnes :
Bactéries
Les archéobactéries thermoacidophiles : aiment la chaleur (plus de 100°C!) et l’acidité. Vivent dans les sources thermales sulfureuses et utilisent le soufre comme source d’énergie.
Archéobactéries
Eubactéries
Vivent dans des environnements extrêmes.
Les archéobactéries méthanogènes : produisent du méthane. Ils se
trouvent sous la surface des marais et étangs. Ils utilisent le CO2, N2, H2S comme sources d’énergie.
Les archéobactéries halophiles : aiment le sel. Vivent dans les milieux très salés comme les bassins de sel et la mer Morte.
Mycoplasmes:
Algues bleues ou Cyanobactéries : Bactéries photosynthétiques
Sont des bactéries plus communes (dans notre quotidien, du sol, nourriture…)
Parasites commensales ou pathogènes des animaux (muqueuses urogénitales et respiratoires) et des plantes
(spiroplasmes des agrumes), ou saprophytes
Eucaryote
« eu » = vrai, « karyote » = noyau
- Ces organismes possèdent un vrai noyau, c’est-à-dire que leur matériel génétique est organisé au sein d’un organite intracellulaire délimité par deux membranes.
- Ils se divisent par mitose et souvent aussi par méïose.
- Les eucaryotes comprennent les protozoaires, les
chromistes, les champignons, les animaux et les
végétaux.
Les cellules procaryote et eucaryote partagent des caractéristiques communes.
ribosomes
cellule eucaryote cellule procaryote
cytosol
membrane
Noyau (contenant
l’ADN)
zone nucléoïde (contenant l’ADN)
membrane
plasmique
cytosol
ADN
• La cellule procaryote est en moyenne 10x plus petite que la cellule eucaryote.
10 à 100 μm de ∅
•Les Procaryotes sont unicellulaires, les Eucaryotes sont uni-ou pluricellulaires.
1 à 10 μm de ∅
Aperçu d’une cellule procaryote
Forme des Procaryotes
Les Procaryotes adoptent principalement trois formes : sphérique, en forme de bâtonnet ou hélicoïdale.
1 μm 2 μm 5 μm
Coque bacille spirille
Treponema pallidum, agent de la syphilis
chancre initial, atteintes
viscérales et nerveuses
tardives.
Exemple :Treponema pallidum
Schéma d’une cellule procaryote
Eubactérie typique en forme de bâtonnet
fimbriae
zone nucléoïde ribosomes membrane plasmique
paroi cellulaire capsule chromosome
bactérien
flagelles
MET de Bacillus coagulans 0.5 μm
Morphologie générale et ultrastructure
La paroi est classiquement considérée comme une structure obligatoire alors qu’elle est absente chez certaines bactéries
Structures obligatoires
Structures facultatives
Chromosome Cytoplasme Membrane plasmique Ribosome
Paroi
Capsule Spore
Flagelle Plasmide Inclusions
Fimbriaie Pilus sexuel
Couche S
Membrane plasmique
Présente la structure universelle en mosaïque fluide des membranes biologiques c.à.d. une double couche de phospholipides dans laquelle sont insérées des protéines et des glucides.
Absence de cholestérol (= différence avec les cellules eucaryotes)
Paroi cellulaire
La membrane plasmique de la plupart des Procaryotes est recouverte d’une paroi.
• rôle: maintenir la forme de la cellule, assurer une protection mécanique et empêcher l’éclatement en milieu hypotonique.
• composition: peptidoglycane (muréine), complexe de glucides et protéines formant une trame solide qui confère à la paroi une grande résistance.
• 2 groupes d’Eubactéries distinguables par la coloration de Gram.
La paroi des bactéries Gram + retient le colorant; elles apparaissent violette.
La paroi des bactéries Gram – ne fixent pas le colorant; elles apparaissent roses.
Gram + Gram -
Paroi cellulaire
Gram + Gram -
Les espèces Gram- sont généralement plus pathogènes que les Gram+ : - les lipopolysaccharides de la membrane externe sont souvent toxiques.
- la membrane externe les protège du système immunitaire de l’hôte et entrave l’action des antibiotiques.
Peptidoglycane
membrane plasmique périplasme
Peptidoglycane
membrane plasmique Périplasme
membrane externe
phospholipide protéine
Peptidoglycane
Membrane plasmique
Membrane externe
Peptidoglycane Membrane plasmique
• Rôle dans l’adhésion au substrat ou à d’autres organismes
• Rôle important dans la défense des bactéries contre :
la dessiccation
les prédateurs (protozoaires)
les parasites (les bactériophages sont incapables de se fixer sur une bactérie capsulée)
Capsule
La capsule qui entoure ce Streptocoque lui permet de s’attacher aux cellules qui tapissent les voies respiratoires.
200 nm
capsule
Empêche la phagocytose des bactéries dans l’organisme ce qui leur donne un pouvoir infectieux
La paroi cellulaire peut être recouverte d’une capsule formée par des substances organiques visqueuses élaborées par la bactérie.
Certains Procaryotes sont capables de se déplacer de façon orientée à l’aide de fins flagelles.
• dispersés sur toute la surface ou concentrés à un pôle ou aux deux pôles.
• ils tournent en hélice.
Motilité
Legionella pneumophila
La structure des flagelles des Procaryotes diffèrent de celle des Eucaryotes:
•10 x plus fins.
•le corps basal enchâssé dans la membrane génère le mouvement (pompe à H+) qui fait pivoter le crochet.
•le crochet transmet le mouvement à un filament protéique constitué d’une protéine globulaire, la flagelline.
Motilité
flagelle
paroi
cellulaire crochet
corps basal
filament hélicoïdal
membrane plasmique
Certains Procaryotes présentent des structures filiformes qui ne participent pas à la motilité:
Les fimbriaie et les pili
Les fimbriae permettent à la cellule de se
fixer aux surfaces Conjugaison
• Les pili (pilus au singulier) qui permettent les échanges de matériel génétique par conjugaison.
• les fimbriae impliqués dans les processus d’adhésion. Ils permettent par exemple l’attachement des bactéries sur les cellules eucaryotes et sont en partie responsables du pouvoir pathogène bactérien.
• les gènes portés par les plasmides permettent à la cellule de : - résister aux antibiotiques
- tolérer certains métaux toxiques
- métaboliser des nutriments occasionnellement présents dans le milieu, - produire des toxines
Organisation du génome
plasmidiqueADN
génomiqueADN
Conjugaison
les plasmides se répliquent indépendamment du chromosome principal et peuvent passer d’une cellule à l’autre par conjugaison (transfert de gènes horizontal) à travers les pili.
En plus du chromosome circulaire unique qui programme toutes les fonctions essentielles, beaucoup de Procaryotes possèdent des petites molécules d’ADN circulaire, les plasmides.
Certains Procaryotes forment des endospores résistantes*qui peuvent rester en dormance pendant des années si les conditions sont défavorables.
Spores
* à la dessication, à la chaleur, aux radiations, aux antibiotiques, aux antiseptiques…
spores dans les bactéries endospore
0.3 μm
• la cellule fait une copie de son ADN et l’entoure d’une paroi résistante.
• l’endospore se déshydrate et son métabolisme s’arrête.
• le reste de la cellule se désintègre.
Formation d’une endospore
Les spores de l'animal pénètrent par une lésion de la peau ou suite à la piqûre d’un insecte porteur et causent une infection cutanée.
La consommation de viande contaminée cause une infection gastro- intestinale.
L'inhalation d'une grande quantité de spores cause une infection pulmonaire.
Bactérie responsable de l’anthrax ou maladie du charbon, produit des endospores très résistantes
Normalement, la maladie est transmise par des animaux infectés :
Exemple de Bacillus anthracis
Bacillus Anthracis
LCR d’une personne contaminée
Chaînette de B. Anthracis
La propagation volontaire de Bacillus anthracis sous forme de spores dans l'air ambiant peut causer la forme respiratoire de l’anthrax (maladie du charbon).
La distribution d’enveloppes contaminées après les attentats terroristes du 11 septembre 2001 constituent un cas de bioterrorisme, utilisation de microorganismes pathogènes dans l’intention de causer la maladie ou le décès d’êtres humains. Elles ont causé la mort de 5 personnes.
Anthrax cutané
•les enzymes nécessaires à la respiration cellulaire et à la photosynthèse sont fixés à des replis membranaires spécialisés
Structure interne
Les cellules eucaryotes sont compartimentées; les enzymes nécessaires à la respiration cellulaire et à la photosynthèse sont réunis dans des organites
spécialisés, les mitochondries et les chloroplastes.
Procaryote aérobie
Procaryote photosynthétique
0.2 μm 1 μm
mésosome
membranes thylakoïdes
Les cellules procaryotes sont plus simples que les cellules eucaryotes.
•le cytoplasme des Procaryotes ne possède ni compartiments internes, ni organites à l’exception de ribosomes qui sont différents de ceux des Eucaryotes.
•certains Procaryotes présentent des invaginations de la membrane plasmique (mésosome) qui forment des replis. On leur attribue certaines fonctions métaboliques et un rôle durant la division.
Aperçu d’une cellule eucaryote
mitochondrie Réticulum endoplasmique lisse (REL)
microtubules Appareil de Golgi
Réticulum endoplasmique rugueux (RER)
ribosome
noyau
nucléole
centrosome vésicule
peroxysome
lysosome
cytoplasme
Le Noyau
Dirige les activités de la cellule Contient l’ADN (code génétique)
Le noyau contrôle grâce à l’ADN tous les processus du
métabolisme de la cellule et constitue l’agent de
transmission des caractères héréditaires lors de la division
et de la reproduction.
Il y a deux type de réticulum endoplasmique (R.E.)
R.E. lisse Fonction: Synthèse
lipides des
R.E. granuleux Synthèse des
protéines
Le R.E.
granuleux est parsemé de
ribosomes
.Réticulum endoplasmique
Appareil de Golgi
Quantité
10 à 20 par cellule animale.
Quantité
plusieurs centaines par
cellule végétale.
Fonction:
compléter la fabrication des
protéines
« emballage » des protéines
Dictyosomes
Mitochondrie
Crêtes
mithochondriales membrane double 1 micron
ribosome
Quantité
300 à 800 par cellule.
Fonction:
respiration cellulaire
et production de l’énergie
Cellule végétale
seulement Chloroplaste
Contient de la chlorophylle.
4 à 6 microns
Quantité 40 à 50 par cellule
Fonction:
faire de la
photosynthèse
,c’est à dire transformer l’énergie lumineuse en énergie chimique (glucose).
Lysosomes
0.05 à 0.5 microns
Quantité
Une quarantaine par cellule.
Fonction:
Destruction
substances de .
Nucléole
Fonction:
synthèse
ribosomes des
.Dans le noyau
Les ribosomes
Fonction:
synthèse protéinesdes
25 nm
Associés au réticulum endoplasmique granuleux ou libres dans le cytoplasme
Quantité
des millions par
cellule
La membrane cellulaire et la paroi cellulaire
Fonction de la membrane:
Protection de la cellule et échange
substances.
10nm Présence chez les cellules
végétales d’une seconde structure appelée
paroi
composée de cellulose et de pectineLa vacuole
Fonction:
entreposage de l’eau et de
substances .
Dans les cellules végétales Représente 80% du volume
d’une cellule.
Aide au maintien de la plante.
Dans les cellules animales, les vacuoles sont plus
petites.
20 microns et plus
Cytoplasme
cytosol + cytosquelette + organites
Contenu cellulaire délimité par la membrane plasmique et l’enveloppe nucléaire chez les Eucaryotes.
cytosol
fluide intracellulaire et substances dissoutes
hyaloplasme
cytosol + cytosquelette
cytoplasme
pas de centrioles
pas de cils ni de flagelle
membranes:
pas de cholestérol.
parois cellulaires
vacuole
→ réserve énergétique
(amidon)
→ photosynthèse plastes
→ cytocinèse ≠
Différences entre cellules végétales et animales
→ forme rigide, pas de migration.
Les virus sont des entités biologiques qui nécessitent une cellule hôte pour se reproduire.
Pour se reproduire, les virus doivent pénétrer dans les cellules et utiliser l’équipement cellulaire.
Tous les organismes vivants peuvent être parasités par des Virus.
Chaque type de virus ne se réplique que dans un nombre limité de types cellulaires (gamme d’hôte).
Les Virus
petite taille.
génome: ADN ou ARN.
capside: coque constituée d’éléments protéiques regroupées en unités morphologiques, les capsomères.
enveloppe* de type membranaire, autour de la capside.
enzymes* spécialisées stockées à l’intérieur de la capside.
Structure des virus
* Pas toujours
